控制閥在苛刻工況下的選擇應(yīng)用

摘要：

關(guān)鍵詞：苛刻工況；空化氣蝕；噪聲；控制閥選擇

1 引言

    工業(yè)過程以生產(chǎn)自動化作為其先進性的標志，過程控制技術(shù)隨工業(yè)發(fā)展而日新月異。在控制回路中，終端控制元件（控制閥、執(zhí)行裝置）直接與被控流體接觸并進行調(diào)節(jié)，決定著控制是否及時有效和過程安全，是zui關(guān)鍵的，又是相對技術(shù)薄弱的環(huán)節(jié)。 在石化、化工裝置中，生產(chǎn)過程大部分操作條件都是在高溫、高壓下進行，且易燃易爆。苛刻工況就是指這種生產(chǎn)過程為長時間運行在高溫、高壓差、兩相流等操作條件下。在此工況下，極易產(chǎn)生大能量沖擊、振動、空化氣蝕和高噪聲，普通的控制閥無法承受沖刷而導(dǎo)致閥內(nèi)件損壞。為使控制閥能夠在苛刻工況下安全可靠運行，必須選用優(yōu)化設(shè)計的新型控制閥和選擇降壓減噪新技術(shù)，以及維護預(yù)測、提高控制閥生命周期。

    生產(chǎn)過程的工藝條件是控制閥選擇時主要考慮的問題，對于特殊的苛刻工況如何應(yīng)對，應(yīng)該綜合控制閥的設(shè)計結(jié)構(gòu)、性能、選材等方面，以適用為主、整體優(yōu)化，再結(jié)合成熟的計算軟件（如CONVAL控制閥軟件）進行計算選型和預(yù)估分析。

2 防止空化氣蝕

    由于控制閥本身是管路節(jié)流元件，在其內(nèi)部流動的液體介質(zhì)，由于節(jié)流原因常常出現(xiàn)閃蒸和空化現(xiàn)象，苛刻工況下的高壓差場合更為嚴重。閃蒸和空化的發(fā)生既影響控制閥口徑的選擇和計算，更是能導(dǎo)致嚴重的噪聲、振動及氣蝕對材料的破壞等等，直接影響使用。 在流體通過控制閥閥芯閥座形成的節(jié)流端面時，流速突然急劇增加而靜壓力驟然下降，若節(jié)流端面后的壓力驟然降到介質(zhì)飽和蒸汽壓及以下，將產(chǎn)生閃蒸，對閥內(nèi)件有侵蝕作用。當節(jié)流后的壓力又回復(fù)到飽和蒸汽壓之上時，空化形成的氣蝕有極大的沖擊力，可高達幾千牛頓，嚴重地沖撞和破壞閥芯閥座和閥體，有如猛烈噴沙的效果，即使高硬度的合金也只能承受很短時間。 對此情況，控制閥的選擇要考慮壓差（流速）、材料和結(jié)構(gòu)，并采取特殊設(shè)計和措施。

（1）考慮壓差，不能使控制閥前后壓差過大，不使zui小節(jié)流端面的壓力下降到流體的飽和蒸汽壓以下，應(yīng)當使閥上壓差△pmax<2.5MPa和控制流速（可增加控制閥及管路的流通面積，減小流速）。

（2）考慮材料，選用抗蝕能力強的金屬材料，如選1Cr18Ni9Ti不銹鋼閥芯閥座基體用Site（鈷鉻鎢合金）或碳化鎢對密封面進行硬化處理。

（3）考慮控制閥結(jié)構(gòu)，選用特殊設(shè)計的抗空化氣蝕的閥內(nèi)件，以避免氣蝕的破壞作用。使流體在通過閥芯閥座時每一點的壓力都高于該溫度下的飽和蒸汽壓，或采用多級降壓減噪處理。選擇在閥芯閥座流出處加減噪器的措施，使液體本身相互沖撞呈高度紊流而減少氣泡（閃蒸現(xiàn)象）的產(chǎn)生。 圖1為德國某廠家的抗空化氣蝕的閥內(nèi)件AC Trim.

特殊設(shè)計閥芯閥座的    特殊設(shè)計閥芯閥座的    3級降壓減噪的抗空化氣蝕    5級降壓減噪的抗空化氣蝕

一級抗空化氣蝕    加減噪板的二級抗空化氣蝕    （多級軸閥芯）    （多級軸閥芯）

 3 噪聲的抑制

    控制閥產(chǎn)生的噪聲一般為機械噪聲、液體動力噪聲和氣體動力噪聲。

    機械噪聲主要來自控制閥的閥芯、閥桿及一些可動部件，由于受到流體壓力波動的影響或流體的沖擊而機械振動而產(chǎn)生。噪聲是明顯的金屬響聲和敲擊聲，頻帶較寬，振動頻率一般小于1500Hz。減小機械噪聲的方法主要是改進閥門結(jié)構(gòu)尤其是閥芯閥座、導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)。

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